SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

t+=12{9;f
PPwxk;
在本课中，我们将应用一些最新的工具，来判定透镜的性能是否可以进一步提高。 U`bC>sCp
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。（输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）

i{tTUA
RLE =2RhPD
    ID EXAMPLE LENS    53 zG-_!FIn
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 $6:XsrV\a
    CORDER    1    3    2 a%7"_{s1
    APS                -11 [cGt
    TEMPERATURE        30.00000 =bs.2aN&^
    WAP                3 v>#Cg\
    GTZ v!<PDw2'
    UNITS MM O`wYMng)
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 CRZi;7`*1
    6.24500 .9T.3yQ
[;(]Jy
        0    AIR T&9`?QD
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 X'V+^u@W
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 ]j& FbP)3
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 w1wXTt
        1    CTE    0.500000E-06 gCv"9j<j
        1    GTB U    'FUSILICA    ' %B#hb<7}
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 6#E]zmXO2
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 -Bo86t)F
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 <A#5v\{.;~
        3    CTE    0.806000E-05 O24Jj\"
        3    GTB S    'N-LAF2    ' 5a=nF9/
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR wl7 MfyU
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 L7SEswMti
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 n_<mPU
        5 CTE    0.710000E-05 -L@]I$Yo
        5 GTB S    'N-BK7    ' n=f`AmF;
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR Z:I*y7V-
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 =y?#^
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 f"Ost;7zg
        7 CTE    0.710000E-05 V-[2jC{
        7 GTB S    'N-BK7    ' n`P`yb\f$
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR uVN.=
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 VVs{l\$=ZV
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 Hab!qWK`
        9 CTE    0.710000E-05 )yHJ[
        9 GTB S    'N-BK7    ' aQ&uC )w
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR |kId8WtA
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 [!^cd%l
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR s>T`l
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 $np=eT)
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 >OT\~C
        12 CTE    0.846000E-05 V?=TVI*k
        12 GTB S    'N-SF57    ' 8|w-XR
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR llNXQlP\B
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 rqF"QU=l
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 e[s5N:IUd3
        14    CTE    0.710000E-05 ICk(z~D~
        14    GTB S    'N-BK7    ' . =&Jo9
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR pP3U,n
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 ,NDh@VYe
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 |Z d]=tue
        16    CTE    0.806000E-05 ~u!gUJ:
        16    GTB S    'N-LAF2    ' @\ }sb]
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR `"B^{o
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 |H:<:*=6c
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 ai4PM b$p
        18    CTE    0.806000E-05 d^tVD`Fm
        18    GTB S    'N-LAF2    ' VQ2Fnb4
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR =:4?>2)
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 Khj=llo,
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 "MTWjW*6
        20    CTE    0.710000E-05 yOc|*O=]U
        20    GTB S    'N-BK7    ' :.DI_XN`
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR @YCv
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR g&bwtEZ
    END

该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。初步评价，这种设计并不差，只有不到1/4波长的像差。
视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为0.01弧度。性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。
这是我们的优化MACro：

>{QdMn
    CHG %bXsGPB
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field 3q"7K
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number l]$40 j
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END Ih()/(
QhCY}Q?X
    PANT bK<}0Ja[
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location %]#VdS|N
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows p'80d:
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 <PioQ>~
    END !_dR'
Y#`Lcg+r,
    AANT }'TTtV:Q
    AEC                                ! monitor feathered edges ?gN9kd)
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm Mb/L~gd"
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant -AC`q/bCD
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 a1|c2kT
.EG*+,
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 UW/N MjK
T/5"}P`
    S P YA .5 C3)|<E
q3)wr%!k5D
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field Ft) lp>3gv
Af9+HI O
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 {`F1u?l
    GNO 0 0.05 4 M 1 END ]^ #`j
J\{$ot
    SNAP                            ! get snapshot every iteration T(V8;!
    SYNO 30                            ! optimize for 30 cycles.

（创建这组光线网格像差的最简单方法是使用MACro编辑器中的Ready Made Raysets按钮。在这种情况下，我们选择了第8组，它创建了横向目标和OPD目标，然后选择删除横向目标并且在全视场增加OPD目标的权重.Bare-bones Rayset对话框也可以这样做，然后有更多选项。）
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。透镜有所改善。

现在让我们使用一些强大的工具。首先，我们运行自动元件删除功能。这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。为此，我们只需添加该行命令

G?/c/rG
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.

将该命令加到PANT命令之前，然后重新优化。该程序显示可以移除表面14处的镜片。我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉AED行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件）。

正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？
为此，我们将AED线更改为

{a@>6)
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17.

并再次运行MACro。（如果您有多核电脑，则在MACro的顶部还应添加以下命令，其中nb是核心数。这将以更快的速度运行AEI。）

j{;|g%5t
CORE nb

在MACro的顶部，其中nb是核心数。这将以更快的速度运行AEI。）
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量

9cfR)*Q
VY 12 GLM

到PANT文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉AEI命令行，重新优化并模拟退火。

该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面11分配一个真正的孔径，移除 YP1的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：

bxwkTKr'
    RLE FVgMmYU
    ID EXAMPLE LENS                                141 6Y7H|>g)
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 :}9j^}"c3
o@/xPo|
    CORDER    1    3    2 O!^; mhy"
    APS                -11 {155b0
    TEMPERATURE        30.00000 -=)-sm'
    WAP                 1 qS.)UaA
    GTZ w!`Umll2
    UNITS MM Z^#]#f
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 +O+<Go@a
    6.24500 #3 bv3m
        0    AIR =nU/ [T.
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 2\0Oji\6
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 AmcC:5
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 \H4U8)l
        1    CTE    0.500000E-06 Y)M8zi>b
        1    GTB U    'FUSILICA    ' _ 08];M|
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR 3.vgukkk5
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 Hm9<fQuM
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 8!zbF<W9
        3    CTE    0.806000E-05 <m-.aK{9
        3    GTB S    'N-LAF2    ' )X5(#E
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR XmWlv{T+
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 eko]H!Ov(
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 }U[-44r:
        5    CTE    0.710000E-05 S LGW:
        5    GTB S    'N-BK7    ' \[#t<dD
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR _%ZP{5D>
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 vM4<d>
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 .Yx_:h=u
        7    CTE    0.710000E-05 J%Mnjk^_\S
        7    GTB S    'N-BK7    ' S~3\3qt$
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR 6sB$<#
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 M{Gxjmdx
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 !/hsJ9
        9 CTE    0.710000E-05 C1QV[bJK
        9 GTB S    'N-BK7    ' Y~qb;N\
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR 6RK\}@^=K
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR k^An97J
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 &5Y_>{,
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 Gt~JA0+C)7
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR C_->u4-
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 <KQ(c`KW7
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 @Zm Jz
        14    CTE    0.846000E-05 AK2WN#u@Z
        14    GTB S    'N-SF57    ' 'fY9a(Xt.
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR [ee30ELn
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 3~%!m<1:
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 T PYDs+U
        16    CTE    0.806000E-05 ]b}B2F'n
        16    GTB S    'N-LAF2    ' =u|~ <zQw
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR 4%_M27bu[
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 r:9gf?(&
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 $j*Qo/xd
        18    CTE    0.806000E-05 #jS[
        18    GTB S    'N-LAF2    ' ;/sHWI f+Z
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR QxpKX_@Q5
        19    CV    -0.01641741 *<9$D
        19    UMC    -0.14286000 ~<ri97)
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 h6M;0_'
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 9_huI'"p
        20    CTE    0.710000E-05 |y1;&<
        20    GTB S    'N-BK7    ' u\g,.C0
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR ;n*J$B
        21    CV    -8.70496644E-18 +>YfRqz:KB
        21    UMC    -0.14286000 +jV_Wz
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR q#[`KOPV
    END

该程序在表面14处移除了原始透镜元件，并在12处更换了新镜片。最大畸变现在约为1/4微米（是原来的一半）。然后，我们在表面12处用玻璃模型替换了表面3上使用的玻璃，并重新优化，几乎没有性能损失。（当您自己学习这些课程时，由于退火阶段的随机性，您可能会得到略微不同的结果。）

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